Ученые из Гарварда создали камеру, способную увидеть плащ-невидимку

МОСКВА, 4 июл – РИА Новости. Физики из Гарвардского университета создали первую оптическую камеру, при помощи которой можно будет сфотографировать плащ-невидимку и другие системы камуфляжа благодаря ее способности "видеть" поляризованное излучение. Ее описание было представлено в журнале Science.

«

"Поляризация света меняется в тот момент, когда он отражается от какой-либо поверхности. Это свойство позволяет нам реконструировать трехмерную структуру объектов, их глубину и отличать естественные и рукотворные предметы, даже если они имеют одинаковую окраску и форму", — рассказывает Пол Шевалье (Paul Chevalier) из Гарвардского университета (США).

В последние годы физики создали множество устройств, позволяющих делать объекты невидимыми в том или ином диапазоне излучения. Как правило, функциональность таких плащей-невидимок крайне ограничена — некоторые из них умеют прятать только двухмерные предметы, другие работают лишь при ограниченном угле обзора или строго заданной температуре.

Как правило, все подобные гаджеты состоят из так называемых метаматериалов – искусственных конструкций из множества наночастиц и других кусочков материи. Они особым образом взаимодействуют со светом, поглощая и повторно излучая его или же заставляя его волны огибать предмет так, что они не будут "замечать" его присутствия.

Опыты последних десяти лет показывают, что метаматериалы можно настроить таким образом, что они начнут взаимодействовать не только со светом и его ближайшими "кузенами" – тепловым, рентгеновским или ультрафиолетовым излучением, но и даже с магнитными полями, и даже порождать любопытные квантовые эффекты, которые физики называют "кристаллами времени".

Шевалье и его коллеги приспособили одну из форм метаматериалов, так называемую метаповерхность, для создания особых линз и оптических систем, позволяющих обычной оптической камере "видеть" поляризованное излучение.

Обычные, неполяризованные электромагнитные волны, к примеру, прямой солнечный свет, устроены так, что их электрическое и магнитное поле, образно выражаясь, направлены по отношению друг к другу случайным образом. Если это излучение пропустить через определенные кристаллы, щель или магнитное поле, они будут "закручены" особым образом и приобретут линейную или круговую поляризацию.

Поляризованное излучение взаимодействует с материей не так, как это делает обычный свет, что позволяет использовать его или для раскрытия "невидимок", или решения массы практических и научных задач, в том числе в работе радиоприемников, ЖК-дисплеев, получения фотографий различных тканей, поиска полезных ископаемых и других вещей.

© Harvard SEAS / Science 2019

Фотографии, полученные поляризационной камерой

Проблема, как отмечает Шевалье, заключалась в том, что работа с поляризованным светом требовала использования сложных оптических систем, состоящих из множества движущихся частей. Это не позволяло встроить камеры или фотосенсоры, способные видеть "закрученный" свет, в смартфоны, микрочипы и устройства для передачи данных.

Гарвардские физики решили эту задачу при помощи своеобразного "коврика" из бесчисленного множества цилиндрических частиц из двуокиси титана, повернутых в разные стороны и уложенных в особый узор. Благодаря этому, подобная структура может "сортировать" поляризованный свет и разделять его на компоненты, направляя их в разные стороны и не совершая при этом никаких движений.

Используя эту конструкцию, ученые создали компактную камеру, способную уместиться в смартфон или небольшую коробочку длиной в два сантиметра. Используя этот гаджет, ученые сделали несколько трехмерных селфи, нашли дефекты в пластиковых формах для литья, а также получили фотографии того, как свет поляризуется, взаимодействуя с антибликовым покрытием на лобовом стекле машины.

Как подчеркивает Шевалье, подобными свойствами можно наделить любую уже существующую камеру, если вставить в нее пленку из созданного ими метаматериала. Это ускорит проникновение подобных технологий в повседневную жизнь, заключают исследователи.